【正文】 1 畢業(yè)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)課題：臥式單面多軸鉆孔組合機(jī)床液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 適用：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè) 2022 年 2 前言 液壓傳動(dòng)技術(shù)是機(jī)械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，特別是近年來(lái)與微電子、計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合，使液壓技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段，機(jī)、電、液、氣一體是當(dāng)今機(jī)械設(shè)備的發(fā)展方向。在數(shù)控加工的機(jī)械設(shè)備中已經(jīng)廣泛引用液壓技術(shù)。作為數(shù)控技術(shù)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生初步學(xué)會(huì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，熟悉分析液壓系統(tǒng)的工作原理的方法，掌握液壓元件的作用與選型及液壓系統(tǒng)的維護(hù)與修理將是十分必要的。 液壓傳動(dòng)在國(guó)民經(jīng) 濟(jì)的各個(gè)部門(mén)都得到了廣泛的應(yīng)用，但是各部門(mén)采用液壓傳動(dòng)的處發(fā)點(diǎn)不盡相同：例如，工程機(jī)械、壓力機(jī)械采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出力大；航空工業(yè)采用液壓傳動(dòng)的主要原因是取其重量輕、體積??；機(jī)床上采用液壓傳動(dòng)的主要原因則是取其在工作過(guò)程中能無(wú)級(jí)變速，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，能實(shí)現(xiàn)換向頻繁的往復(fù)運(yùn)動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。為此，液壓傳動(dòng)常在機(jī)床的如下一些裝置中使用： 1． 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置 這項(xiàng)應(yīng)用在機(jī)床上最為廣泛，磨床的砂輪架，車床、自動(dòng)車床的刀架或轉(zhuǎn)塔刀架，磨床、鉆床、銑床、刨床的工作臺(tái)或主軸箱，組合機(jī)床的動(dòng)力頭或滑臺(tái)等，都可采 用液壓傳動(dòng)。 2． 往復(fù)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置 龍門(mén)刨床的工作臺(tái)、牛頭刨床或插床的滑枕，都可以采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)其所需的高速往復(fù)運(yùn)動(dòng)，前者的速度可達(dá) 60～ 90m/min，后者的速度可達(dá) 30～50m/min。這些情況下采用液壓傳動(dòng)，在減少換向沖擊、降低能量消耗，縮短換向時(shí)間等方面都很有利。 3． 回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)裝置 車床主軸可以采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速的回轉(zhuǎn)主體運(yùn)動(dòng)，但是這一應(yīng)用目前還不普遍。 4． 仿形裝置 車床、銑床、刨床上的仿形加工可以采用液壓伺服系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其精度最高可達(dá) ～ 。此外，磨床上的成型砂輪修正 裝置和標(biāo)準(zhǔn)四缸校正裝置亦 3 可采用這種系統(tǒng)。 機(jī)床上的夾緊裝置，變速裝置、絲杠螺母間隙消除裝置，垂直移動(dòng)部件的平衡裝置，分度裝置，工件和刀具的裝卸、輸送、儲(chǔ)存裝置等，都可以采用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣做有利于簡(jiǎn)化機(jī)床結(jié)構(gòu)，提高機(jī)床自動(dòng)化的程度。 液壓動(dòng)力滑臺(tái)是利用液壓缸將泵站提供的液壓能轉(zhuǎn)變?yōu)榛_(tái)運(yùn)動(dòng)所需的機(jī)械能，來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)并完成一定得動(dòng)作循環(huán)，是一種以速度變換為主的中、低壓液壓系統(tǒng)，在高效、專用、自動(dòng)化程度較高的機(jī)床中已得到廣泛的應(yīng)用。因此，在液壓傳動(dòng)與控制系統(tǒng)中具有綜合性和代表性，通過(guò)本畢業(yè)設(shè) 計(jì)可以全面的應(yīng)用和鞏固所學(xué)的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)理論知識(shí)，提高機(jī)械設(shè)計(jì)能力和繪圖能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)新技術(shù)、獲取信息和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，特別是使學(xué)生在液壓傳動(dòng)與控制的基本理論和應(yīng)用方面得到進(jìn)一步的提高。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，每人要完成《臥式單面多軸鉆鏜組合機(jī)床液壓設(shè)計(jì)與說(shuō)明書(shū)》一份，設(shè)計(jì)圖紙六張。在撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明書(shū)和設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，要嚴(yán)格遵守以下要求： 一、 撰寫(xiě)設(shè)計(jì)計(jì)算與說(shuō)明書(shū)要求： 1． 計(jì)算過(guò)程、步驟。清晰，層次分明，根據(jù)充分，數(shù)據(jù)和結(jié)果準(zhǔn)確。 2． 分析說(shuō)明要重點(diǎn)突出，觀點(diǎn)明確，論理正確，邏輯性強(qiáng)，有說(shuō)服力。 3． 提倡合理運(yùn)用必要的附 圖、表格、曲線等分析說(shuō)明問(wèn)題。 4． 文理通順，語(yǔ)言確切，論述清晰，文字簡(jiǎn)練。 5． 序碼編號(hào)要層次清楚、合理。 6． 內(nèi)容要在個(gè)人獨(dú)立思考、分析理解的基礎(chǔ)上，自行計(jì)算說(shuō)明和加工整理。不得盲目抄錄參考資料，嚴(yán)禁抄襲他人的設(shè)計(jì)內(nèi)容。 二、 設(shè)計(jì)圖紙要求 1． 繪制零件圖、裝配圖時(shí)，必須先搞清零件的作用功能、結(jié)構(gòu)、相關(guān)件的裝配連接關(guān)系等，明確圖紙需要表達(dá)的部分和內(nèi)容。 2． 根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按規(guī)定確定圖幅、比例，合理選擇和布置基本視圖和剖視、剖面圖等。 3． 繪制每一條圖線，標(biāo)注每一個(gè)符號(hào)都有弄懂道理，獨(dú)立繪制圖樣，不得 4 拷貝他人圖紙。 4． 圖紙內(nèi)容要完整 ，應(yīng)包括：視圖、尺寸、加工裝配符號(hào)、技術(shù)要求、標(biāo)題欄和零件表等。 5． 圖紙要嚴(yán)格按照機(jī)械制圖等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范繪制，圖樣表達(dá)、尺寸標(biāo)注、公差配合、表面粗糙度和材質(zhì)等，一律采用新標(biāo)準(zhǔn)。 5 第一部分 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)器設(shè)計(jì)的一部分，它的任務(wù)是根據(jù)機(jī)器的用途、特點(diǎn)和要求，利用液壓傳動(dòng)的基本原理，擬定出合理的液壓系統(tǒng)圖，再經(jīng)過(guò)必要的計(jì)算來(lái)確定液壓系統(tǒng)的參數(shù)，然后按照這些參數(shù)來(lái)選用液壓元件的規(guī)格和進(jìn)行系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟一般如下： 一、明 確設(shè)計(jì)要求 在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，首先應(yīng)明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。具體內(nèi)容包括： 1． 主機(jī)的用途、結(jié)構(gòu)、總體布局； 2． 主機(jī)要求液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的動(dòng)作順序或互鎖要求； 3． 主機(jī)采用液壓系統(tǒng)的各執(zhí)行元件在力和運(yùn)動(dòng)方面的要求； 4． 對(duì)液壓系統(tǒng)的工作性能、工作效率、自動(dòng)化程度等方面的要求； 5． 液壓系統(tǒng)的工作環(huán)境和工作條件等； 6． 液壓裝置的重量、外形尺寸、經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。 二、系統(tǒng)工況分析 1．運(yùn)動(dòng)分析 按設(shè)備的工藝要求，把所研究的執(zhí)行元件在完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律用圖表示出來(lái)，一般用速度 —— 時(shí)間（ v— t）或速度 —— 位移（ v— s）曲線表示 ，稱執(zhí)行元件的速度循環(huán)圖（速度圖）。 2．負(fù)載分析 按設(shè)備的工藝要求，把執(zhí)行元件在各階段的負(fù)載用曲線表示出來(lái)，稱執(zhí)行元件的負(fù)載 —— 位移（時(shí)間）曲線圖（負(fù)載圖）。由此圖可直接的看出在運(yùn)動(dòng)過(guò)程充何時(shí)受力最大，何時(shí)受力最小等各種情況，以此作為以后的設(shè)計(jì)依據(jù)。 F 液壓缸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)，所受的負(fù)載為 F=Ft+Ff+Fa （ 11） （ 1） 工作負(fù)載 Ft 工作負(fù)載是液壓缸負(fù)載的主要組成部分，它與設(shè)備的運(yùn)動(dòng)情況有關(guān)，不同機(jī)械的工作負(fù)載其形式各不相同，對(duì)于機(jī)床，切削力 是工作負(fù)載。工作負(fù)載可以是恒定的，也可以是變化的；可能是正值，也可能是負(fù)值，負(fù)載的方向與液壓缸（或 6 活塞）的運(yùn)動(dòng)方向相反者為正，相同者為負(fù)。 由切削原理可知：高速鋼鉆頭鉆鑄鐵時(shí)的軸向切削力 Ft 與鉆頭直徑 D、每轉(zhuǎn)進(jìn)給量 s 和鑄鐵硬度 HB 之間的經(jīng)驗(yàn)算式為： Ft =（ HB） （ 12） 根據(jù)組合機(jī)床加工特點(diǎn)，鉆孔時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速 n 和進(jìn)給量 s 可選用下列數(shù)值： 對(duì)φ = 的孔來(lái)說(shuō) n1=360r/min s1=對(duì)φ = 的孔 來(lái)說(shuō) n2=550r/min s1=（ 2） 摩擦阻力負(fù)載 摩擦阻力是指主機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)與導(dǎo)軌或支撐面間的摩擦力，其值恒為正值。 Ff=fFN （ 13） 式中： FN—— 運(yùn)動(dòng)部件及外負(fù)載對(duì)支撐面的正壓力； f—— 摩擦系數(shù)，分為靜摩擦系數(shù)（ fs≤ ～ ）和動(dòng)摩擦系數(shù)（ fd≤ ～）。 （ 3）慣性負(fù)載 Fm 慣性負(fù)載是指運(yùn)動(dòng)部件在啟動(dòng)或制動(dòng)過(guò)程中，因速度變換由其慣性而產(chǎn)生的負(fù)載，可由牛頓第二定律計(jì)算。 Fs=ma=G/g△ v/△ t （ 14） 式中： m—— 運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量， Kg； a—— 運(yùn)動(dòng)部件的加速度， m/s2； G—— 運(yùn)動(dòng)部件的重力 N g—— 重力加速度 ， m/s2； △ v—— 速度的變化量， m/s； △ t—— 速度變化所需要的時(shí)間， s。 除此之外，液壓缸的受力還有活塞和活塞桿處的密封裝置的摩擦阻力，其計(jì)算方法和密封裝置的類型、液壓缸的制造質(zhì)量和工作壓力有關(guān)，由于詳細(xì)計(jì)算比較麻煩，為了簡(jiǎn)化計(jì)算，一般將其考慮在液壓缸的機(jī)械效率中，初步設(shè)計(jì)時(shí)可取η m=～ ，另外，還有背 壓力，可在最后計(jì)算時(shí)確定。 三、 液壓缸主要參數(shù)的確定 7 1．確定工作壓力 液壓缸工作壓力可根據(jù)負(fù)載大小及機(jī)器設(shè)備的類型來(lái)確定。一般來(lái)說(shuō)，工作壓力選大些，可以減少液壓缸內(nèi)徑及液壓系統(tǒng)其它元件的尺寸，使整個(gè)系統(tǒng)緊湊，重量輕，但是要用價(jià)格較貴的高壓泵，并使密封復(fù)雜化，而且會(huì)導(dǎo)致?lián)Q向沖擊大等缺點(diǎn)；若工作壓力選的過(guò)小，就會(huì)增大液壓缸的內(nèi)徑和其它液壓元件的尺寸，但密封簡(jiǎn)單。所以應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選取適當(dāng)?shù)墓ぷ鲏毫?，設(shè)計(jì)時(shí)可用類比法來(lái)確定，參考下表。 表一 按負(fù)載選擇系統(tǒng)工作壓力 負(fù)載 /KN ＜ 5 5～ 10 10～ 20 20～ 30 30～ 50 ＞ 50 系統(tǒng)壓力/MPa ＜ 0． 8～ 1 ～ 2 ～ 3 3～ 4 4～ 5 ＞ 5～ 7 表二 按主機(jī)類型選擇系統(tǒng)工作壓力 設(shè)備類型 機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械、汽車工業(yè)、小型工程機(jī)械及輔助機(jī)械 工程機(jī)械 重型機(jī)械 鍛壓機(jī)械 液壓支架 船用機(jī)械 磨床 組合機(jī)床 牛頭刨床 插床 齒輪加工機(jī)床 車床 銑床 鏜床 機(jī)床 拉床 龍門(mén)刨床 壓力 /MPa ＜ ＜ ～ ＜ 10 10～ 16 16～ 32 14～ 25 2．確定液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞 桿直徑 d 鑒于動(dòng)力滑臺(tái)要完成的動(dòng)作循環(huán)是快進(jìn) —— 工進(jìn) —— 快退，且要求快進(jìn)和快退的速度相等，這里的液壓缸需選用單杠式的，并在快進(jìn)時(shí)作差動(dòng)連接。這種情況下的液壓缸無(wú)桿腔工作面積 A1 取為有桿腔工作面積 A2 的兩倍，即活塞桿直徑d 與液壓缸缸筒直徑 D 的關(guān)系是 d=。 在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須有背壓 p2，取 p2=，以防止被鉆孔時(shí)動(dòng)力滑臺(tái)突然前沖。 由工進(jìn)時(shí)的推力，列出活塞的力平衡方程式，計(jì)算液壓缸面積： 8 F/η m=A1p1A2p2=A1p1（ A1/2） p2 211 2m F ppA ? ????????? （ 16） D= 14A? （ 17） 式中 p1—— 液壓缸的工作壓力，初算時(shí)可取系統(tǒng)工作壓力； p2—— 液壓缸回油腔背壓力，初算時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確計(jì)算，可先根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)進(jìn)行估計(jì)；（本設(shè)計(jì)可參考以下選擇： 在鉆孔加工時(shí)，液壓缸回油路上必須有背壓 p2，取 p2=，以防止被鉆孔時(shí) 動(dòng)力滑臺(tái)突然前沖。 快進(jìn)時(shí)液壓缸作差動(dòng)連接，油管中有壓力損失，有桿腔的壓力應(yīng)略大于無(wú)桿腔，但其差值較小，可先按 ?？焱藭r(shí)回油腔中是有背壓的，這是也可按 p2= 考慮。） F—— 工作循環(huán)中的最大外負(fù)載； Fc—— 液壓缸密封處的摩擦力，它的精確值不易求出，常用液壓缸的機(jī)械效率 η m 進(jìn)行估算， F+Fc=F/η m； η m—— 液壓缸的機(jī)械效率，一般 η m=～ ； 由計(jì)算所得的液壓缸內(nèi)徑 D 和活塞桿直徑 d 值應(yīng)按 GB2348— 1993 圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便于采用標(biāo)準(zhǔn)的密封件。 表 3 液壓缸內(nèi)徑尺寸系列（ GB23481993） 8 10 12 16 20 25 32 40 50 63 80 (90) 100 (110) 125 (140) 160 (180) 200 (220) 250 320 400 500 630